Physique du primaire et du collège · Grades 1–9
14Solides, liquides, gaz
Une pierre, un verre de lait, l’air d’un ballon : trois sortes de matière qui se comportent de trois façons complètement différentes. L’an dernier, l’eau nous a montré ses trois états ; cette année, nous découvrons que toute la matière se trouve dans l’un de ces trois états — et que chaque état a des règles strictes.
14.1 Trois familles de matière
Toute la matière du monde peut être rangée en trois familles, appelées les trois états : solide comme la pierre, liquide comme le lait, gazeux comme l’air. La glace, l’eau et la vapeur ont été notre premier exemple : une seule matière qui rend visite aux trois familles. Apprenons maintenant les règles de chacune.
14.2 Les solides gardent leur forme
Définition 14.1 (Solide)
Un solide est une matière qui garde sa propre forme. Une clé garde son zigzag dans ta poche, dans un tiroir ou sous l’eau. On peut tenir un solide entre deux doigts, et le déplacer ne change pas son allure. Certains solides sont durs (la pierre), d’autres mous (le pain), d’autres souples (un élastique) — mais, laissé tranquille, chacun garde sa forme.
Exemple 14.2 (Un solide fait de grains)
Le sable semble enfreindre la règle : versé d’un seau, il prend la forme de son tas, presque comme un liquide. Mais regarde de près : le sable est une foule de minuscules grains solides, et chaque grain garde parfaitement sa forme. La farine, le sucre et le riz jouent le même tour — des foules de petits solides qui s’écoulent ensemble alors que chaque membre reste solide.
14.3 Les liquides coulent — mais gardent leur quantité
Définition 14.3 (Liquide)
Un liquide est une matière qui coule : il n’a pas de forme propre et prend la forme du récipient qui le contient. Mais un liquide garde sa quantité : verse un verre plein de lait dans un bol et cela reste la même quantité de lait — pas une goutte de plus ni de moins, seulement une nouvelle forme.
Proposition 14.4 (Un liquide au repos a une surface horizontale)
La surface d’un liquide au repos est toujours plane et horizontale — parallèle au sol. Penche la bouteille : l’eau à l’intérieur ne penche pas avec elle ; sa surface reste horizontale pendant que la bouteille s’incline.
Exemple 14.5 (L’horizontale au travail)
Les maçons se servent de cette loi tous les jours : leur niveau à bulle est une petite fenêtre remplie de liquide, avec une seule bulle ; quand la bulle se place entre ses repères, l’étagère est aussi horizontale que le liquide qu’elle contient. Et au petit-déjeuner, observe le jus dans une brique inclinée : quelle que soit la façon dont tu la penches, la surface reste plane et horizontale à l’intérieur — jusqu’à ce qu’elle trouve le bec.
14.4 Les gaz remplissent tout
Définition 14.6 (Gaz)
Un gaz est une matière qui s’étale pour occuper toute la place qu’on lui donne. L’air est un gaz : mets-le dans une bouteille, il en remplit le moindre recoin ; ouvre la bouteille dans une pièce plus grande, et il se répand aussi dans toute la pièce. Un gaz n’a ni forme propre ni place de repos — offre-lui plus d’espace, et il prend tout.
Exemple 14.7 (Le parfum voyageur)
Quelqu’un ouvre un flacon de parfum à un bout de la pièce. Un instant plus tard, les nez de l’autre bout le remarquent. Le gaz du parfum n’est pas resté poliment près de son flacon : libéré, il s’est répandu dans tout l’air de la pièce, d’un coin à l’autre — exactement ce que fait toujours la famille des gaz.
Remarque 14.8 (Ranger les cas délicats)
Certaines matières demandent un œil attentif. Le miel coule — lentement, mais il coule, prend la forme de son récipient et garde sa quantité : c’est un liquide, seulement un liquide paresseux. Le dentifrice et le ketchup coulent quand on les presse : des liquides épais. Une éponge est un solide plein de trous remplis d’air. Et la fumée ? De minuscules poussières solides portées par un gaz chaud. En cas de doute, pose les questions de la famille : garde-t-il sa forme ? coule-t-il ? remplit-il toute la place qu’on lui donne ?
14.5 Exercices
Exercice 14.1 ★
Range dans les trois familles : une pièce de monnaie ; du jus d’orange ; l’air d’un pneu ; une perle de bois ; de l’huile ; la vapeur d’eau de l’espace transparent au-dessus d’une casserole qui bout.
Exercice 14.2 ★
Que garde un solide qu’un liquide ne garde pas ? Que garde un liquide quand on le verse d’un verre dans un bol ?
Exercice 14.3 ★
Une bouteille pleine de limonade est versée dans un large saladier. Y a-t-il maintenant plus de limonade, moins, ou la même quantité ? Qu’est-ce qui a changé ?
Solution
Solution de Exercice 14.3.
La même quantité — seule la forme a changé, de la forme de la bouteille à celle du large saladier.
Exercice 14.4 ★
Dessine un aquarium à moitié plein d’eau : d’abord posé bien à plat, puis basculé sur une arête. Dessine la surface de l’eau dans les deux cas — comment est-elle placée ?
Solution
Solution de Exercice 14.4.
Dans les deux dessins, la surface de l’eau est plane et horizontale, parallèle au sol — dans l’aquarium basculé, la surface ne penche pas avec le verre ; l’eau se rassemble du côté bas.
Exercice 14.5 ★
Comment le niveau à bulle d’un maçon dit-il qu’une étagère est horizontale ? Quelle loi de ce chapitre utilise-t-il ?
Exercice 14.6 ★
Pourquoi l’odeur des crêpes arrive-t-elle jusqu’à ta chambre, à l’étage ? Quelle famille est à l’œuvre, et quelle est sa règle ?
Exercice 14.7 ★
Le sable se verse comme un liquide, et pourtant nous le disons solide. Explique, à l’aide de Exemple 14.2.
Exercice 14.8 ★
Le miel met une minute entière à couler de la cuillère. Solide ou liquide ? Pose les questions de la famille de Remarque 14.8 et réponds.
Exercice 14.9 ★
Quelle famille : garde sa propre forme ? prend la forme de son récipient mais garde sa quantité ? occupe toute la place qu’elle peut ? Donne un membre de chaque famille trouvé dans ta cuisine.
Exercice 14.10 ★★
Un glaçon (solide) fond en eau (liquide), que le soleil d’été sèche en eau volante invisible (gaz). Quelle règle de famille se rompt à chaque étape : que la matière cesse-t-elle de garder quand la glace fond ? et quand l’eau s’évapore ?
Exercice 14.11 ★★
Un ballon de baudruche est gonflé puis noué. Mira dit que l’air à l’intérieur a « la forme du ballon, donc un gaz a bien une forme ». Explique ce qui donne vraiment la forme, et ce que ferait l’air à l’instant où le ballon éclaterait.
Solution
Solution de Exercice 14.11.
C’est la peau de caoutchouc qui donne la forme : c’est une cage solide tendue, et l’air comprimé en remplit le moindre recoin, quelle que soit la forme de la cage. Fais éclater le ballon, et l’air se répand aussitôt dans toute la pièce — montrant qu’il n’a jamais eu de forme propre.